一種基于PIC單片機(jī)電壓采樣的功率因數(shù)在線檢測
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功率因數(shù)是交流電路中的重要參數(shù)，是衡量電力系統(tǒng)是否經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要指標(biāo)，也是供電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)的重要檢測量，在功率因數(shù)補(bǔ)償系統(tǒng)中需對其進(jìn)行實(shí)時(shí)測量 [1]。因此設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡單、檢測精度高的功率因數(shù)在線檢測電路十分必要。而功率因數(shù)的測量一般都要對被測電路的電壓、電流進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行處理提取功率因數(shù)信號，通常由電壓、電流取樣電路、整形電路、同步周期測量、相位測量等組成，其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，檢修困難，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)功率因數(shù)的測量精度不高的問題 [2]。為此，作者基于電壓采樣，經(jīng)單片機(jī)軟件進(jìn)行分析、計(jì)算可得出被測電路的功率因數(shù)，通過顯示電路顯示出功率因數(shù)的大小，并由通信接口電路將被測功率因數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。這樣既簡化功率因數(shù)測量電路的結(jié)構(gòu)，提高功率因數(shù)的測量精度，又增強(qiáng)了功率因數(shù)檢測電路的功能。
2．原理分析
通過對電壓的提取來檢測功率因數(shù)的原理如圖 1 （a）所示，首先采用 3個(gè)高精度的 WB系列數(shù)字式交流電壓真有效值傳感器分別對被測電路的電源電壓 U1、附加可調(diào)電阻 RP兩端電壓 U2及負(fù)載電壓 U3進(jìn)行檢測。可調(diào)電阻 RP的作用是使附加電阻盡可能小，以減小對被測負(fù)載的影響，又可得到數(shù)值適當(dāng)?shù)碾妷?
U2滿足功率因數(shù)計(jì)算的要求。由電路理論 [3]，可畫出電壓 U?1 、U?2 和U?3 的相量圖如圖 1(b)所示，則 COS?
即是被測負(fù)載的功率因數(shù)。
圖 1 電壓測量原理示意圖與電壓相量圖
根據(jù)幾何學(xué)中的余弦定理可得，
由式（ 2）可知，只要將電壓 U1、U2、U3經(jīng)過運(yùn)算后就可求出負(fù)載的功率因數(shù) COS?。為減小測量電路的硬件開銷，數(shù)據(jù)的處理與計(jì)算由單片機(jī)軟件完成。
3．單片機(jī)輸入輸出電路設(shè)計(jì)
單片機(jī)輸入輸出電路主要是對傳感器檢測的電壓信號需要進(jìn)行處理，主要包括信號轉(zhuǎn)換、計(jì)算、存儲(chǔ)及功率因數(shù)的顯示和數(shù)據(jù)傳輸。為此，我們設(shè)計(jì)出了以單片機(jī)及有關(guān)部件組成的電路如圖 2所示。
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